Công nghệ "Methan hóa" giúp khí đốt trung hòa carbon
Để đạt được "trung hòa carbon vào năm 2050", phong trào khử cacbon khí đốt cũng đang được đẩy nhanh. Một phương pháp đầy hứa hẹn là công nghệ "methan hóa", tổng hợp "methane" từ CO2 và hydro. Mục tiêu là khử cacbon khí đốt bằng cách thay thế khí đốt tự nhiên, hiện là nguyên liệu thô cho khí đốt thành phố, bằng methane tổng hợp này. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích về công nghệ và tiềm năng của methan hóa, cũng như các mục tiêu và thách thức trong tương lai.
Tại sao cần phải khử cacbon khí đốt?
Khi mọi người nghe cụm từ "khử cacbon năng lượng", nhiều người sẽ hình dung đến việc khử cacbon trong ngành điện, nơi không sử dụng nhiên liệu hóa thạch có lượng khí thải CO2 cao như dầu và than làm nguồn điện (phương pháp tạo ra điện) hoặc điện khí hóa ô tô. Tuy nhiên, trên thực tế, khoảng 60% năng lượng tiêu thụ ở Nhật Bản là "nhu cầu nhiệt", chẳng hạn như sưởi ấm bằng hơi nước trong "khu vực công nghiệp" như nhà máy, và nước nóng và sưởi ấm trong "khu vực dân dụng" như nhà ở và doanh nghiệp, và việc khử cacbon cho nhu cầu nhiệt này cũng là một vấn đề quan trọng. Nhu cầu nhiệt
tồn tại trong phạm vi rộng, từ các vùng nhiệt độ thấp chủ yếu trong khu vực dân dụng đến các vùng nhiệt độ cao được sử dụng trong khu vực công nghiệp, và khí đốt có thể tạo ra nhiệt để đáp ứng các vùng nhiệt độ khác nhau này. Ngoài ra, khí đốt tự nhiên là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, thải ra ít CO2 hơn khi đốt so với than và dầu, giúp đạt được mức cacbon hóa thấp tại thời điểm hiện tại. Hơn nữa, bằng cách khử cacbon cho chính khí đốt trong tương lai, nó cũng có thể góp phần trung hòa cacbon.
(Nguồn) Trang web của Hiệp hội Khí đốt Nhật Bản
Mức sử dụng năng lượng và nhiệt độ
(Nguồn) Trang web của Hiệp hội Khí đốt Nhật Bản, với một số sửa đổi
Có một số lựa chọn cho công nghệ khử cacbon khí, nhưng triển vọng nhất là "metan hóa", phản ứng giữa hydro (H2) với carbon dioxide (CO2) để tổng hợp mêtan (CH4), thành phần chính của khí tự nhiên. Mêtan phát ra
CO2 khi đốt cháy, nhưng nếu CO2 thu được từ các nhà máy điện và nhà máy được sử dụng làm nguyên liệu thô để metan hóa, thì CO2 phát ra trong quá trình đốt cháy sẽ được bù đắp bằng CO2 thu được, do đó lượng CO2 trong khí quyển không tăng. Nói cách khác, lượng khí thải CO2 về cơ bản là bằng không.
Hiệu ứng giảm phát thải CO2 bằng metan hóa
(Nguồn) "Kế hoạch hành động Thách thức trung hòa carbon 2050" của Hiệp hội Khí đốt Nhật Bản với một số sửa đổi
Ngoài ra, nguyên liệu thô "hydro" không gây gánh nặng cho môi trường nếu sử dụng "hydro xanh", được tạo ra bằng cách điện phân nước bằng điện có nguồn gốc từ năng lượng tái tạo. Mê-tan tổng hợp được tạo ra theo cách này có thể được coi là nguồn năng lượng thế hệ tiếp theo "tương thích với môi trường" và góp phần khử cacbon trong khí.
Có những lý do khác khiến quá trình metan hóa thu hút sự chú ý. Vì thành phần chính của khí tự nhiên, là nguyên liệu thô cho khí thành phố, là mê-tan, nên ngay cả khi khí tự nhiên được thay thế bằng mê-tan tổng hợp, cơ sở hạ tầng và các cơ sở hiện có như đường ống dẫn khí thành phố và thiết bị tiêu thụ khí vẫn có thể tiếp tục được sử dụng. Nói cách khác, quá trình metan hóa có "hiệu quả kinh tế" tuyệt vời và dự kiến sẽ thúc đẩy quá trình khử cacbon diễn ra suôn sẻ trong khi vẫn giữ chi phí ở mức thấp.
Điều này có nghĩa là lợi thế của khí thành phố, có đường ống chôn ngầm và có khả năng chống chịu thảm họa (xem "Cải thiện hơn nữa khả năng phục hồi của khí thành phố chống chịu thảm họa"), có thể được tận dụng như hiện tại. Việc đảm bảo nguồn năng lượng trung hòa carbon có khả năng phục hồi cao và mạng lưới năng lượng như một lựa chọn khác ngoài điện cũng có ý nghĩa theo quan điểm "an ninh năng lượng".
Như vậy, công nghệ metan hóa góp phần vào các nguyên tắc cơ bản "3E" (Môi trường, Hiệu quả kinh tế và An ninh năng lượng) của chính sách năng lượng Nhật Bản và kỳ vọng rất cao vào tiềm năng của nó.
Khí đốt thành phố sẽ trung hòa carbon vào năm 2050
Metan hóa được định vị là "ngành công nghiệp năng lượng nhiệt thế hệ tiếp theo" trong "Chiến lược tăng trưởng xanh để trung hòa carbon vào năm 2050", được xây dựng vào tháng 6 năm 2021 và được coi là một lĩnh vực quan trọng dự kiến sẽ phát triển. Các mục tiêu cụ thể đã được đặt ra cho số tiền chi phí giới thiệu và cung cấp để thay thế khí đốt tự nhiên bằng metan tổng hợp trong tương lai.
Mục tiêu lắp đặt hàng năm
Mục tiêu là bắt đầu sử dụng vào năm 2030 và đến năm đó, 1% metan tổng hợp sẽ được đưa vào cơ sở hạ tầng hiện có (280.000 tấn mỗi năm).
Thay thế 90% (25 triệu tấn mỗi năm) bằng khí mê-tan tổng hợp vào năm 2050 (10% còn lại sẽ trung hòa carbon thông qua việc sử dụng trực tiếp hydro, khí sinh học và các phương pháp khử cacbon khác)
Mục tiêu chi phí cung cấp
Mục tiêu đạt được mức giá LNG hiện tại vào năm 2050
Hiệp hội khí đốt Nhật Bản ước tính rằng nếu 90% khí đốt của thành phố được thay thế bằng khí mê-tan tổng hợp vào năm mục tiêu là 2050, điều này sẽ dẫn đến việc giảm khoảng 80 triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm. Con số này tương đương với chỉ dưới 10% tổng lượng khí thải CO2 của Nhật Bản và do đó sẽ có tác động đáng kể đến quá trình khử cacbon.
Tầm nhìn đạt được khí trung hòa cacbon vào năm 2050
(Nguồn) "Kế hoạch hành động Thách thức trung hòa cacbon 2050" của Hiệp hội khí đốt Nhật Bản với một số sửa đổi
Chiến lược tăng trưởng cho "Lộ trình" của Ngành công nghiệp năng lượng nhiệt thế hệ tiếp theo
(Nguồn) "Chiến lược tăng trưởng xanh để đạt được mức trung hòa cacbon vào năm 2050" (ngày 18 tháng 6 năm 2021)
Những thách thức hiện tại và tương lai trong quá trình phát triển công nghệ metan hóa
Vậy sự phát triển công nghệ đã tiến triển đến đâu để đưa metan hóa vào sử dụng?
Năm 1995, Nhật Bản trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới sản xuất thành công khí mêtan tổng hợp thông qua metan hóa. Hoạt động nghiên cứu và phát triển vẫn tiếp tục kể từ đó, với Hitachi Zosen và INPEX (trước đây là Tập đoàn INPEX) tiến hành phát triển công nghệ cơ bản như một phần của dự án do Tổ chức phát triển công nghệ công nghiệp và năng lượng mới (NEDO) điều hành từ năm 2017 đến năm 2021. Osaka Gas cũng đang tiến hành nghiên cứu tiên phong về sản xuất metan tổng hợp hiệu quả hơn.
(Nguồn) Tài liệu giải thích của INPEX cho Hội nghị công tư thúc đẩy quá trình metan hóa lần thứ nhất (Tổng quan về mỏ INPEX Nagaoka và Nhà máy Koshijihara)
Các dự án trình diễn quá trình metan hóa đang được tiến hành không chỉ ở Nhật Bản mà còn trên toàn thế giới. Một ví dụ là "Dự án Jupiter1000" do một công ty khí đốt của Pháp triển khai vào năm 2018. Quá trình metan hóa được thực hiện bằng cách sử dụng hydro được sản xuất bằng năng lượng tái tạo và CO2 được tạo ra trong các khu công nghiệp. Mêtan tổng hợp được sản xuất cũng được đưa vào đường ống.
"Dự án Jupiter 1000" của Pháp
(Nguồn) Tài liệu giải thích của Nhóm nghiên cứu CCR của Hội đồng công tư thúc đẩy quá trình metan hóa lần thứ nhất (Dự án Jupiter1000)
*Phiên bản tiếng Anh
Như đã mô tả ở trên, quá trình phát triển công nghệ cơ bản để tạo ra metan hóa đang tiến triển đều đặn, nhưng vẫn còn những thách thức lớn cần phải vượt qua trước khi có thể thương mại hóa. Một trong số đó là việc mở rộng các cơ sở tạo ra metan tổng hợp. Hiện nay, trong các trường hợp ở nước ngoài, sản lượng mêtan tổng hợp đạt từ hàng chục đến hàng trăm Nm3 mỗi giờ, nhưng để thương mại hóa, các cơ sở phải được mở rộng quy mô để sản xuất từ 10.000 đến 60.000 Nm3 mỗi giờ.
Giảm chi phí cũng là một vấn đề quan trọng. Để đưa chi phí cung cấp xuống mức tương đương với giá LNG hiện tại, điều cần thiết là phải mua hydro và CO2 với giá rẻ. Ngoài ra, cần phải tiến hành các cân nhắc về mặt thể chế, chẳng hạn như thiết lập các quy tắc để tính lượng CO2 giảm trên phạm vi quốc tế. Để giải quyết
các vấn đề này, "Hội đồng công tư thúc đẩy quá trình metan hóa" đã được thành lập vào tháng 6 năm 2021. Hội đồng bao gồm các công ty khí đốt ở phía cung và các công ty thép ở phía cầu, cũng như các công ty thương mại và tàu chịu trách nhiệm về chuỗi cung ứng hydro và CO2, các viện nghiên cứu như NEDO, các tổ chức tài chính như Ngân hàng Phát triển Nhật Bản, các học giả và chính phủ. Dự kiến sự hợp tác giữa các bên liên quan khác nhau sẽ thúc đẩy hơn nữa các nỗ lực thúc đẩy quá trình metan hóa trong tương lai.
Hội đồng Công-Tư Thúc đẩy Quá trình Methan hóa
Hình ảnh "Nguồn cung cấp khí đốt vào năm 2050" là gì?
Để đạt được "trung hòa carbon vào năm 2050", ngành công nghiệp khí đốt dự kiến sẽ sử dụng khí mê-tan tổng hợp, có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có, trên toàn xã hội.
Hình ảnh bên dưới mô tả nguồn cung cấp khí đốt sẽ như thế nào vào năm 2050. Vào năm 2050, mục tiêu là đạt được tính trung hòa carbon đối với khí đốt thông qua việc tối ưu hóa năng lượng nói chung, tập trung vào khí mê-tan tổng hợp, đồng thời thúc đẩy việc sử dụng hydro và khí sinh học ở đúng nơi. Các nỗ lực về quá trình methan hóa sẽ cần được tiếp tục chú ý trong tương lai.
(Nguồn) Hiệp hội Khí đốt Nhật Bản "Thách thức trung hòa carbon 2050" Hình ảnh nguồn cung cấp khí đốt vào năm 2050 * Mê-tan trung hòa carbon trong hình trên đồng nghĩa với mê-tan tổng hợp
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
